回转体三维扫描形貌测量及其应用

本文提出一种测量三维形貌的扫描系统,该系统可被用于测量回转体的三维形貌。激光光刀被投射在被测物体表面,由于被测物体表面的形貌而改变了光刀的弯曲方式,摄像机将变形后的图像采集到计算机中。当被测物体放置在转台上旋转一周时,相应的一系列光刀变形的图片被采集到计算机中,这一系列图片包含了物体表面形貌的全部信息。通过连续扫描采集系列图片并计算,最终可以获得整个被测物体的三维形貌。当被测物体直径在一百毫米左右尺寸范围内的测量灵敏度可到0.01mm,其它尺寸范围要更换成像系统,才能达到相应的灵敏度。本文给出了两个较为复杂模型的三维形貌测量结果。该结果表明,本系统在对回转体表面形貌的测量方面具有一定的技术难度和广泛的工程需求,本文的研究具有重要的参考价值。     

使用单彩色相机的单相机三维数字图像相关方法

介绍了一种基于单个彩色相机的新型全靶面、单相机三维数字图像相关(3D-DIC)方法。借助于设计巧妙的颜色分光光路,被测物体表面图像可以通过两条不同的光路达到相机靶面,采集的标定靶和实验件表面的彩色图像可以分离得到蓝色和红色子图像。通过使用3D-DIC分析标定靶和实验件表面分离后的蓝色和红色子图像,可以获得物体表面的三维形貌和变形。形貌测量、面内和离面平移、以及静动态三维变形实验验证了该单彩色相机3D-DIC方法的有效性和测量精准度。由于可避免双相机同步,且能实现无分辨率损失的全靶面三维形貌和变形测量,本文方法在需要实现瞬态位移和变形测量的爆炸、冲击、振动等领域中具有广阔重要的应用前景。     

三维DIC在GFRP锚杆拉伸力学性能测试中的应用

随着玻璃纤维增强塑料(GFRP)广泛运用于轨道交通及边坡加固中,其力学性能的测试显得尤为重要。基于三维数字图像相关(DIC)方法,研究了三种不同加载速率下GFRP锚杆的拉伸力学性能,分别得到了应力-应变曲线及弹性模量、抗拉强度、最大力总延伸率等参数。实验结果表明,螺旋状变截面锚杆的轴向应变呈非均匀分布,由三维DIC得到的锚杆弹性模量结果一致性优于传统的接触式引伸计方法,GFRP锚杆几乎呈线性分布的应力-应变曲线表明该材料为典型的脆性材料。     

三维电子散斑干涉法在检测残余应力中的应用

本文提出一种新的大错位三维电子散斑干涉法,并将其和钻 法检测残余应力技术结合起来,其特点一是利用三个激光器,从不同的方向照射被测物体,二是在被测物附近放置一参考物,利用大错位棱镜,使物体表面的信息和参考物上的信息都进及ＣＣＤ中,可以得到与三个位移场有关的电子散斑干涉条纹图,并可以运算和分离获得独立的ｕ,ｖ和ｗ场信息,本文介绍了大错位三维电子散斑干涉法的原理、方法和系统,并将其应用于钻孔法释放残余应     

三维接触问题的拟二维序列解法

在每个接触点引入一系列测动坐标系，使三维接触问题转化为一系列可直接用线性互补的Ｌｅｍｋｅ算法求解的拟二维接触问题序列，逼近原三维接触问题的解，给出了加速收敛的算法。算例表明提出的方法是行之有效的。     

基于DIC的印制线路板三维形貌高精度测量

生产过程中对产品三维形貌的高精度实时测量是有效的质量监控手段,具有迫切的需求。本文基于三维数字图像相关(DIC-3D)方法,全场测量了印制线路板上的台阶状焊点和印制线路,得到焊点大小、高度和印制线路线宽、线高等三维形貌数字图像数据;使用台阶仪采集面内和离面形貌数据,并进行比较。实验结果表明,三维数字图像相关方法在测量印制线路板形貌时,可测量出十数微米高的印刷线路台阶,精度达3μm;对500×500pixels图像,在i7 4790k CPU硬件条件,步长3pixels、子区19×19pixels的参数下,立体图像的重建速度小于1s,可满足线路板的在线实时检测。     

三维电子束云纹法

三维电子束(3D电子束)云纹法是一种微尺度三维变形测量方法。该方法通过在试件表面制作高密度光栅,结合双目视觉立体成像技术,在SEM中形成两个角度的电子束云纹图,即可分析获得三维变形信息。考虑到离面变形与面内变形计算时的相互耦合关系,本文对现有的3D电子束云纹法进行了进一步发展,系统推导了3D电子束云纹法的通用理论公式。利用变形前后不同角度拍摄的电子束云纹图,可分别迭代计算出面内变形、离面变形和形貌等信息。对全息光栅鼓泡变形的验证实验证明了本文发展的3D电子束云纹法理论的正确性。     

三维数字图像测量系统稳定性的实验研究

基于双目立体视觉原理的三维数字图像相关方法已被广泛应用于平面或曲面物体的表面形貌和三维变形测量。然而因相机自热、环境温度变化等内外部因素的影响,同一三维数字图像相关测量系统在不同时间,其内部参数会不可避免地发生微小改变,从而或多或少地引起额外的形貌和变形测量误差。为获得高精度的测量结果,需对由相机自热或环境温度变化引起的变形测量误差进行表征,并采用措施予以减小或消除此类误差。本文以石英玻璃平板为研究对象,利用三维数字图像相关测量系统对其位移和应变分布进行了连续5小时的测量,分析了测量结果随相机温度变化的关系曲线。研究结果显示,本文所用相机通电后其机壳温度一般约上升8~10℃甚至更高,所搭建的三维数字图像相关测量系统因相机温度变化所引起的应变测量误差在50~200με(约15~21με/℃)之间。本文还给出了相应建议来减小和消除相机或环境温度变化对三维变形测量的影响。     

基于数字图像相关法的透明液滴形貌测量方法

对固体表面液滴形貌的测量与分析是探究固-液相互作用、表面性能表征中的重要环节。然而,透明液滴通常在光学系统中难以成像,从而为其全场形貌测量带来了极大困难。为此,本文提出了一种透明液滴三维形貌测量方法,以液滴诱发图像位移结合折射成像规律实现液滴形貌的测量。首先,通过数字图像相关法测量液滴导致的固体表面图像位移;其次,建立基于折射成像的物理模型,确立图像位移与液面高度之间的关系;最后,由实验测量到的图像位移,结合物理模型求解液面高度,实现液滴三维形貌的重建。实验结果表明,所提出的方法能够准确地测量固体表面的液滴三维形貌,并且适用于不规则液面的测量。     

三维问题边界元法中几乎奇异积分的正则化算法

当源点靠近边界单元时,边界积分方程通常存在几乎奇异积分的计算难题.基于三角形单元,将源点到单元的距离与单元特征长度比值定义为接近度,用于度量边界单元中积分奇异性的程度.将单元上的面积分在局部的极坐标系ρθ下表示,利用一些初等函数的积分公式,获得对变量ρ作单层积分的解析表达式.几乎强奇异和超奇异面积分被转化为沿单元围道上一系列线积分,而Gauss数值积分能够有效计算这些线积分.应用该算法分析三维弹性薄壁结构获得了成功.     

三维射流PIV图像处理方法的研究及其精度分析

本文利用三台照相机系统记录三维射流的流动，通过照相机系统的标定、三维空间粒子的重构、空间粒子的对应及误对应向量的判断和消除等，建立了一种三个图像记录设备组成的三维PIV图像处理算法，并对其精度进行了分析，通过对三维射流图像的处理和分析表明，该方法是切实可行的。     

带槽平板的三维应力集中效应

本文提供了用电阻应变片方法测量一组不同厚度的带有对称圆槽的拉伸平板在应力集中部位的应力分布情况。实验结果表明,应力集中系数不仅与板平面的几何尺寸有关,而且与板的厚度有关。     

三维奇性单元

为更好地分析表面裂纹,本文利用拟协调元方法,提出了一个高效率、高精度的三维奇性单元。并选用了一个较好的外接单元,分析了一个真实的管节点,给出了和实验吻合较好的结果。     

Influence of Geometrical Parameters on the Critical Load in Three-Dimensional Stability Problems for Rectangular Plates and Beams

Two- and three-dimensional stability problems for a rectangular plate under uniaxial compression are solved by the mesh method. It is shown that the difference between the critical loads obtained in the three- and two-dimensional problems is not greater than 5% for arbitrary fixation conditions and arbitrary length and thickness ratio of the plate     

结合材料界面端的三维应力奇异性

本文利用特殊有限元方法，开发了一个用来求解结合材料界面端三维应力奇异性问题的数值分析程序。该方法只需对界面端的角度方向进行离散即可求得应力奇异性。结合材料的应力奇异性取决于两种材料的材料常数和界面端形状。选用三个材料参数作为变量，用来研究结合材料三维应力奇异性随材料常数的变化规律。文中计算了几种重要而且常见的情况，并以此为基础建立了数据库。同时，还分析了应力奇异性随界面端形状的变化规律，并得到了应力函数的分布图。     

Plane Problem of Three-Dimensional Stability for a Hinged Plate with Two Symmetric End Cracks

The plane stability problem for a rectangular plate with two symmetric end cracks is solved in three-dimensional formulation. The three-dimensional linearized theory of stability and the finite-difference method are used. The effect of the crack parameter on the critical load is examined__________Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 41, No. 4, pp. 47–52, April 2005.     

Asymptotics of Homoclinic Bifurcation in a Three-Dimensional System

An analytical approach to predicting a critical parameter valueof homoclinic bifurcation in a three-dimensional system is reported. Themultiple scales method is first performed to construct a higher-orderapproximation of the periodic solution. A criterion based on a collisionbetween the periodic orbit and the fixed point involved in thebifurcation is applied. This criterion developed initially to predicthomoclinic bifurcations in planar autonomous systems, is adapted here toderive a critical value of the homoclinic bifurcation in a specificthree-dimensional system. To support our analytical predictions and todescribe the dynamical behaviour of the system, a complete numericalstudy is provided.     

复合多层混合结构三维热传导分析

复合多层混合结构由不同热导率材料混杂组成。对于分析复合多层混合结构内部热传导机理以及非均匀温度场的复合混合结构热力耦合计算,常需要采用三维模型以得到较为精确的结构温度场分布结果。针对包含复合材料的多层混合结构的热传导问题,本文通过基于散度表示的一般瞬态三维热传导方程,利用Galikin法建立了复合多层混合结构瞬态三维热传导的有限元方程。对于复合多层混合结构单层材料过薄,引起的沿厚度方向划分单元的困难,采用等效三维单元使一个单元内包含一个或数个材料铺层,并在沿厚度方向热导率变化剧烈的情况对单元进行细化。数值仿真结果表明该方法网格划分灵活,计算结果较为理想,同时由于其拓扑结构包含的信息较为充分,能够实现多物理场条件下的耦合分析。     

An Experimental Investigation of Two-Point Correlations in Two- and Three-Dimensional Turbulent Boundary Layers

Two-point correlation measurements of the wall normal fluctuating velocities were made in two-dimensional (2-D) and pressure-driven three-dimensional (3-D) turbulent boundary layers. These data are needed for characterization and modeling of active-motion length scales, especially for 3-D flows. The fine-probe-volume data were measured using two custom-designed laser-Doppler-velocimeter fiber-optic probes. The data are relatively free of noise, signal broadening, and bias effects. Favorable comparisons with direct-numerical-simulation (DNS) results in the near-wall region of the 2-D flow validate the experimental techniques used here. For a given fixed probe location, non-dimensional correlation values scale best on the probe separation. For both the 2-D and 3-D cases, peak correlations lie along a line inclined away from the wall at 11° and 8°, respectively, which suggests the existence of an outgoing characteristic line affected by only the upstream flow. The decay of the correlation coefficient occurs nearer the wall than away from the wall relative to the fixed probe location. The variations for the 3-D flow correlations are similar to the 2-D variations, but with longer Δ x ⁺and Δ y ⁺ decay distances, probably because of the 3-D flowacceleration. While the spanwise variation of the correlationcoefficients is symmetric about the fixed point for the 2-D case asdictated by reciprocity, the 3-D case shows a large asymmetry for spanwise variations Δ z ⁺ < 68. The profiles at higher Δ z ⁺ are more symmetric. In general, at a given y the maximum correlation is skewed toa non-zero Δ z. It appears that the skewing of the correlation coefficient in the z direction tracks the sign of . This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Solution of the Three-Dimensional Thermoelastic Problem in Stresses

A method is proposed for constructing a general solution to the three-dimensional thermoelastic equations in stresses (compatibility conditions and equilibrium equations). This general solution is valid for both an elastic half-space and an elastic layer. The second thermoelastic boundary-value problem for a half-space is studied in detail as an example